Gecorrigeerd: op het gebied van elektronische verpakkingen dienen keramische substraten van aluminiumoxide, vanwege hun uitstekende isolatie, thermische geleidbaarheid en mechanische sterkte, als basismateriaal voor dikke-filmcircuits, dunne-filmcircuits en elektronische apparaten met hoge- precisie.
Terwijl elektronische apparaten evolueren naar miniaturisatie, hoog vermogen en hoge frequenties, worden de prestatie-eisen voor aluminiumoxidesubstraten steeds veeleisender. Korrelverfijning en verdichting zijn naar voren gekomen als de twee belangrijkste procesroutes voor het verbeteren van de prestaties van aluminiumoxidesubstraten. Het begrijpen van de connotaties, verschillen en verbindingen tussen deze twee concepten is van groot belang voor het optimaliseren van voorbereidingsprocessen en het verkrijgen van hoogwaardige substraten.
De connotatie en betekenis van graanverfijning
Korrelverfijning heeft betrekking op het verkleinen van de korrelgrootte in het keramische materiaal. Fijnere korrels leiden over het algemeen tot een hogere sterkte, hardheid en taaiheid. Het principe hierachter is de Hall-Petch-relatie: de sterkte van een materiaal is omgekeerd evenredig met de vierkantswortel van de korrelgrootte. Meer korrelgrenzen vergroten het vermogen om scheurvoortplanting te belemmeren. Voor substraten van aluminiumoxide is de betekenis van korrelverfijning talrijk:
Verbetering van de mechanische sterkte: Door het proces te optimaliseren om de gemiddelde korrelgrootte van het aluminiumoxidesubstraat te regelen tot ongeveer 1,1 μm, kan de buigsterkte (440 ± 25) MPa bereiken, waardoor de weerstand van het substraat tegen beschadiging aanzienlijk wordt verbeterd.
Verbetering van de oppervlakteafwerking: Fijnere korrels resulteren in een oppervlakteruwheid (Ra) die na het polijsten het nanometerniveau kan bereiken. Dit is van cruciaal belang voor de hechting van dikke-film- en dunne-filmcircuits, vooral in circuittoepassingen met hoge- frequentie en hoge-precisie.
Vermindering van diëlektrisch verlies: een fijn{0}}korrelige structuur impliceert doorgaans minder korrelgrensdefecten, waardoor de verzwakking van hoog-signalen tijdens transmissie wordt verminderd.
Het verschil en het verband tussen graanverfijning en verdichting
Het kernverschil tussen de twee ligt in hun onderzoeksobject en actieniveau. Korrelverfijning is een optimalisatie van de microstructuur, gericht op het fijner en uniformer maken van korrels, waardoor de mechanische eigenschappen en oppervlaktekwaliteit worden verbeterd. Verdichting is de verbetering van de fysieke toestand, gericht op het elimineren van interne poriën in het keramiek, waardoor de thermische, elektrische eigenschappen en betrouwbaarheid worden verbeterd.
Tijdens het keramische sinterproces (het proces van het verwarmen van poeder tot een dicht lichaam) vinden korrelverfijning en verdichting gelijktijdig plaats, maar concurreren ze toch met elkaar.
Ideaal scenario: Het bereiken van volledige verdichting voordat korrelgroei optreedt, resulterend in een "fijne-korrelige + volledig dichte" structuur.
Praktische tegenstrijdigheid: Sinteren bij hoge- temperaturen is weliswaar gunstig voor de verdichting, maar kan gemakkelijk leiden tot vergroving van de korrels. Omgekeerd kan sinteren bij lage- temperaturen, hoewel het de korrelgroei remt, poriën achterlaten die de thermische geleidbaarheid en isolatie-eigenschappen beïnvloeden.